METODY OSZACOWANIA GŁĘBOKOŚCI PRZEBICIA.pdf
(
558 KB
)
Pobierz
Microsoft Word - Magier_p.doc
mjrdrinŜ.MariuszMAGIER
WojskowyInstytutTechnicznyUzbrojenia
METODYOSZACOWANIAGŁĘBOKOŚCIPRZEBICIA
PANCERZAPRZEZPOCISKIKINETYCZNE
1. Wstęp
MechanizmprzebijaniapancerzamoŜemyogólniepodzielićnadwazjawiska:
wnikaniepociskubezprzejściaprzezpancerz,
perforacjaczylicałkowiteprzebiciepancerzaprzezpocisk.
Pierwszezjawiskodzielisięnaczteryetapy:
a)
zderzeniepociskuzpancerzem,
b)
początkowestacjonarnewnikaniepociskuwpancerzzestałąprędkością,
c)
hamowaniepociskuprzezsiłyinercyjneiwytrzymałościowemateriałupancerza,
d)
końcowekształtowaniesiękrateru.
Dokładnyopiszjawiskfizycznychtowarzyszącychw/wetapomwnikaniapociskuwpancerz
przedstawionowpracy[1].
Pierwszyetapuderzeniejestszczególnieistotnymdlawytrzymałościkonstrukcjipoci
sku.Powstającawchwiliuderzeniafalarozchodzisięodwierzchołkapociskupojegokoniec
generującnapręŜeniawielokrotnieprzekraczającestatycznągranicęwytrzymałościmateriału
R
m
. Pod wpływem oddziaływania fali uderzeniowej odkształceniom plastycznym ulega
wierzchołekpocisku,jednocześniefalauderzeniowaprzemieszczającasiędokońcapocisku
powoduje powstawanie napręŜeń, które mogą powodować początkowe osiowe pękanie na
jegoobrzeŜach.NastępniewmiaręprzemieszczaniasięfaliodkształceńwzdłuŜpocisku(pe
netratora)mogąpojawiaćsiępęknięciakorpusu(lubpenetratora).Podobnezjawiskazachodzą
wpancerzu.PodczasuderzeniapowstającenapręŜeniaiciśnieniepowodująlokalneprzejście
materiałówpancerzapociskuwstanciekłyiwefekciepowstaniekrateru.
Drugietapmacharakterstacjonarny,gdziepociskwnikawpancerzzestałąprędkością.
Kraterulegapowiększeniuwwynikuwypływunabokipłynnychfazpociskuipancerza.Tył
pociskuporuszasięszybciejniŜulegającyerozjiwierzchołek.
WtrzecimetapieporównywanymdozjawiskakawitacjipozuŜyciupocisku(penetratora)
wprocesiewnikanianastępujezanikaniepolawysokiego ciśnieniaistopniowewytracanie
prędkościpociskupenetrującegopancerz.
Wczwartymetapienastępujeskurczkraterupodwpływemprzedewszystkimrekrystali
zacjiiwyŜarzaniasięmateriałupancerza.
103
Przedstawionomechanizmypenetracjipancerzystalowych
i ceramicznych oraz podstawy teoretycznie i przykłady zasto
sowania wybranych metod szacowania głębokości przebicia
pancerzyprzezpociskikinetyczne.PoddanooceniemoŜliwości
aplikacjitychmetoddoszacowaniagłębokościprzebiciapan
cerzystalowoceramicznychprzeznowoczesnepociskipodkali
browe. Wykazano takŜe potrzebę podjęcia prac naukowo
badawczychnadopracowaniemnowegomodeluprzebiciapan
cerzawspółczesnegoczołguprzezpociskupodkalibroweokon
strukcjisegmentowej.
Drugie zjawisko perforacja nie jest teoretycznie do końca wyjaśnione. Wiadomym
jest,Ŝeczynnikamidecydującymiozdolnościperforacjipancerzasąkształtpociskuijego
prędkość uderzenia w pancerz oraz właściwości fizycznie i wytrzymałościowe materiałów
konstrukcyjnychpociskuipancerza.Narysunku1przedstawionoschematyczniekilkame
chanizmówprzebijaniapancerzaprzezpocisk.
a)Fragmentacjapancerzawskutekdziałaniafali
napręŜenia
b)Promieniowepękaniepancerzakruchego
(ceramicznego)
c)Odpryskiwanieuszkodzonychpowierzchni
d)Wybijanie
korka
e)Przednieformowaniewypływuwpo
stacikielicha
f)Przebijanieztylnymformowaniemwypły
wuwpostacikielicha
g)Tworzenie
odłamków
h)WydłuŜenieplastyczneotworu
Rys.1.Mechanizmypenetracjipancerzy
Rysunek1ailustrujezjawiskaprzebijaniapancerzyomałejiśredniejgrubościlubwyko
nanychzmateriałuoniskichwłaściwościachwytrzymałościowych.Narysunku1bprzedsta
wiono promieniowy mechanizm pękania pancerza wykonanego z materiału kruchego
(np.ceramiki).Odpryskiwaniemateriałupancerza(rys.1c)mamiejscewrezultacieodbicia
sięfalispręŜystej(generowanejwpancerzunaskutekuderzeniapocisku)odjegopowierzchni
bocznych. Tego typu zjawiska obserwuje się podczas strzelania pociskami elaborowanymi
materiałemkruszącym(np.pociskuzplastycznymmateriałemwybuchowymtypuHESH).
Wybijaniekorka(rys.1d)zachodzinajczęściejpodczasstrzelaniapociskamiprzeciwpan
cernymitępogłowicowymiwpancerzejednoliteowysokichwłaściwościachmechanicznych
(szczególnietwardościiudarności).WybijanykorekmawprzybliŜeniuśrednicęrównąśred
nicypocisku.NaprzebiegtegozjawiskamająwpływtakŜeprędkośćikątuderzeniapocisku
w pancerz. Mechanizmy perforacji pancerza przedstawione na rysunku 1e, f występują
wprzypadkuprzebijaniapancerzyomałejgrubościpociskamiostrogłowicowymiostosun
kowomałejprędkościuderzenialubpociskamitępogłowicowymioprędkościuderzeniazbli
Ŝonejdogranicznej.Tworzeniesięodłamkówzapancerzem(rys.1g)zachodzipodczasprze
bijaniapancerzawykonanegozmateriałukruchego.Ostatnirodzajperforacji(rys.1h)jest
związanyzezjawiskiemnajbardziejinteresującymzpunktuwidzeniakonstruowanianowo
czesnej kinetycznej amunicji przeciwpancernej, a mianowicie z mechanizmem przebijania
pancerzaoduŜejgrubościprzezwydłuŜonepenetratorypociskówtypuAPFSDS.
104
Odkilkunastulatprowadzonesąwświecieintensywnepracenadzwiększaniemzdolno
ściprzebiciapancerzaprzezpociskipodkalibrowe.Głębokośćpenetracjipociskamikinetycz
nymizaleŜyprzedewszystkimod:dynamicznychtwardościH
p
igęstościρ
p
materiałupoci
skuorazdynamicznychtwardościH
t
igęstościρ
t
materiałupancerza,jednostkowejmasypo
ciskuodniesionejdopolamaksymalnegojegoprzekrojupoprzecznegoρ
p
L(L–długośćpe
netratora)orazprędkościuderzeniaV
p
.WceluuzyskaniamoŜliwieduŜychwartościparame
trów ρ
p
L i H
p
, rdzenie wykonuje się najczęściej z wysokowytrzymałych stopów cięŜkich:
spiekizosnowąwolframowąWHAogęstościρ ≈ 17500kg/m
3
orazzuboŜonyuranDUogę
stościρ ≈ 19000kg/m
3
.
PenetratorywykonanezezuboŜonegouranumająszczególnąwłaściwość,polegającąna
ichsamoostrzeniusię(selfsharpeningeffect)podczaspenetracjipancerza(rys.2a).Wystę
powanietegoefektuwpływanazwiększeniegłębokościprzebiciawstosunkudopenetrato
rów wykonanych ze spieku na osnowie wolframowej (rys. 2b), mających tendencję do
„grzybkowania” w pancerzu. Zjawisko samoostrzenia się penetratora podczas wnikania
wpancerzjestskutkiemwystępowaniaprocesu formowaniasiępłaszczyznadiabatycznego
ścinania,będącegowynikiemzastosowaniaodpowiedniegoprocesutechnologicznegoodku
wania prętów uranowych oraz niskiej przewodności cieplnej zuboŜonego uranu. Obecnie
prowadzonesąm.in.wKoreiPłd.pracenadmodyfikacjąmikrostrukturyorazprocesówob
róbkicieplnejspieków naosnowiewolframowejwcelueliminacji efektu„grzybkowania”
ijednoczesnegouzyskaniaefektu„samoostrzeniasię”penetratorawpancerzu[2].
Rys.2.Porównaniemechanizmówodkształcaniasięwierzchołkapenetratorawykonanegoze
zuboŜonegouranu(DU)ispiekunaosnowiewolframowej(WHA)
Innym sposobemzwiększenia głębokości przebicia pancerzaprzezpociski kinetyczne
jestzastosowaniepenetratorówobudowiesegmentowej(rys.3).Wpociskutakimsegmenty
penetratora zachowując wzajemne liniowe połoŜenie względem punktu uderzenia kolejno
penetrująpancerz.Takisposóbdostarczaniaenergiikinetycznejdo„układupenetracji”skut
kujemniejszymistratamienergiizwiązanymizinercyjnymhamowaniempenetratorawmate
rialepancerza,awefekciekońcowymzwiększeniemgłębokościprzebiciaprzezpenetrator
segmentowywporównaniudojednorodnegopenetratoraotejsamejmasieiwymiarach.
Rys.3.Schematkonstrukcjipenetratorajednorodnegoisegmentowego
105
PrzykładempociskusegmentowegojestmodelpociskuAPFSDSkonstrukcjiWojskowe
goInstytutuTechnicznegoUzbrojenia,wktórympenetrator(rys.4)składasięzdwóchseg
mentówwykonanychzespiekunaosnowiewolframowejpołączonychtulejąwykonanązma
teriałuowysokiejwytrzymałości.Obecniepociskiteznajdująsięwfaziebadańmodeli[3].
2.Metodyszacowaniagłębokościprzebiciapancerzy
2.1.Metodyanalityczne
Balistykakońcowawzakresietechnikibadańzjawiskauderzeniapociskuwtwardąprze
szkodęwykorzystywaładotychczaszaleŜnościanalitycznewyprowadzonenapodstawiewy
nikówbadańdynamicznych.Podczasichopracowywaniaposługiwanosięnajczęściejwarto
ściami:granicznejprędkościbalistycznejpociskuV
50
,prędkościuderzeniapociskuwprze
szkodęV
p
,masypociskunatorzelotum,średnicypociskud,kątauderzeniawprzeszkodę
θ (kąt zawarty między styczną do toru lotu pocisku, a płaszczyzną normalną do pancerza
wpunkcieuderzeniapodczasbadańgłębokościprzebiciaprzezpociskikinetycznekątten
wynosinajczęściej60°),parametramiwytrzymałościowymimateriałuprzeszkodyijejgrubo
ścią.WprzeszłościposługiwanosiękilkomazaleŜnościamisłuŜącymidooszacowaniagłębo
kościprzebiciajednorodnychpancerzystalowych
P
a
mV
2
a.
ogólny
=
0
p
, (1)
d
d
3
b.
MilnedeMarre
P
=
a
1
, (2)
d
mV
2
d
0
,
7
p
P
2
mV
2
c.
Morri’a
=
p
, (3)
d
a
π
2
d
3
2
d.
Dideona
P
= ρ
a
3
1
ln
( )
+
a
V
2
, (4)
d
t
4
p
m
V
2
P
n
e.
J.deMarre’a
p
=
C
, (5)
d
3
d
gdzie:Pgłębokośćprzebiciapancerza,C,n–stałezaleŜneodrodzajupociskuicharakteru
wnikaniapocisku,a
0
÷a
3
współczynnikidoświadczalne.
Napodstawieporównaniawynikówbadaństrzelaniemiobliczeńteoretycznychnajwięk
sządokładnościąwoceniezdolnościprzebiciapociskiempełnokalibrowymipodkalibrowym
ostosunkudługościldośrednicyd(l/d)≤15,uzyskujesięzzaleŜności(5).RóŜnicewszaco
wanejirzeczywistejgłębokościprzebicianieprzekraczają15%.JednakŜewrazzewzrostem
106
Rys.4.ModelpociskupodkalibrowegoAPFSDSokonstrukcjisegmentowejopracowany
wWojskowymInstytucieTechnicznymUzbrojenia
w/wparametrul/dbłądwszacowaniuprzebiciaznaczniewzrasta.WiąŜesiętozezłoŜonością
zjawiskawnikaniadługiegopenetratorawpancerz.Zwyklerozwiązaniaanalitycznew/wpro
blemuupraszczasiępoprzezprzyjmowaniezałoŜeńograniczających,np.przyjęciekonstruk
cjipociskujakociałaidealniesztywnegoiuŜyciewspółczynnikówdoświadczalnych,które
nie uwzględniają procesów fizycznych towarzyszących zjawisku dynamicznego wnikania
pociskuwprzeszkodę.
Eksperymentalnąanalizęzjawiskfizycznychtowarzyszącychprocesowiwnikanianieod
kształcalnychpociskówmałegokalibru(oprędkościachuderzenia100÷1000m/s)wmetalo
weprzeszkodyzaprezentowanowpracy[4].Dziękiprzeprowadzonymanalizomibadaniom
zweryfikowanoinnązaleŜnośćnaokreśleniegłębokościprzebiciaprzedstawionąwpracy[5]
orazzidentyfikowanoczynnikiwpływającewsposóbzasadniczynawielkośćprzebicia
L
ρ
ρ
V
2
DP
=
p
ln
1
+
k
t
p
, (6)
2
k
ρ
H
t
t
gdzie:DPgłębokośćpenetracji,Lpoczątkowadługośćpocisku,kwspółczynnikkształtu
wierzchołka pocisku, ρ
p
gęstość materiału pocisku, ρ
t
gęstość materiału pancerza,
V
p
prędkośćuderzeniapociskuwpancerz,H
t
dynamicznatwardośćmateriałupancerza.
WartośćwspółczynnikakształtupociskukwyraŜasięwzorem
1
1
d
2
k
=
−
, (7)
8
R
gdzie:dśrednicanajwiększegoprzekrojupoprzecznegopocisku,Rpromieńczęścisfery
aproksymującejpowierzchniękontaktupociskuzpółprzestrzenią.
ZawęŜając problematykę do zjawisk przebijania pancerzy przez pociski podkalibrowe
typuAPFSDS,zewzględunaznaczneprędkościuderzenia(1500÷1700m/s),generowany
stannapręŜeńpozwalapominąćsztywnośćiściśliwośćpenetratorapociskupodkalibrowego
irozpatrywaćjejakoruchcieczy(modelprzepływuwgBernouli’ego).Tegorodzajumodele
stosujesiętakŜewbadaniachprzebiciapociskamikumulacyjnymi
P
=
L
ρ
p
. (8)
ρ
t
GłębokośćpenetracjiPjestproporcjonalnadopoczątkowejdługościpenetratoraL,adla
tegosamegomateriałupenetratoraipancerza(np.stalstal)głębokośćpenetracjijestrówna
długościpenetratora.
Klasycznateoriahydrodynamicznanieuwzględniazaobserwowanegowpraktycezjawi
skahamowaniapenetratorapodczaswnikaniawpancerz.
PrzebiegtegozjawiskauzaleŜnionyjestprzedewszystkimodprędkościuderzeniapoci
sku w pancerz oraz dynamicznych parametrów wytrzymałościowych materiałów konstruk
cyjnychpociskuipancerza.Abyuwzględnićtozjawiskostosujesięm.in.współczynnikieks
perymentalne.Naprzykładdooszacowaniagłębokościprzebiciaczołgowychpociskówtypu
APFSDSTosiągającychprędkościuderzeniawcelrzędu1500÷1700m/snajczęściejstosuje
sięwzórHeldaopartynamodeluhydrodynamicznym,wpostaci
107
Plik z chomika:
C-D-N
Inne pliki z tego folderu:
Bezpieczeństwo podczas obsługi broni palnej_1311873582079.png
(4010 KB)
B02 Mechanizmy BW.pdf
(7023 KB)
B01 Balistyka BW.pdf
(5213 KB)
01B STRZELANIE POD KATEM - ODLEGLOSCI Z MIL.doc
(120 KB)
B04 Wytwarzanie broni PG.pdf
(3287 KB)
Inne foldery tego chomika:
Gwóźdź Zbigniew - Polskie konstrukcje broni strzeleckiej (domki-drewniane)
strzelectwo i inne
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin